Tema 7 Diseño Orientado a la Fabricación

Capítulo 4:
DISEÑO ORIENTADO A LA
FABRICACIÓN (DOF)
TEMA 7: Proceso de Diseño .
DOF. Ingeniería Concurrente.
TEMA 7: Diseño Orientado a la Fabricación (DOF)
ÍNDICE
1.
Introducción
2.
Aspectos a considerar en un proceso de diseño
3.
Etapas de diseño y producción. Costes
4.
Organización de procesos DOF
5.
Ingeniería Concurrente
6.
Recomendaciones de diseño
6.1 Conformado por arranque de material
6.2 Conformado de chapa metálica
6.3 Procesos con molde de arena
6.4 Procesos con molde metálico
Asignatura: Sistemas de Producción y Fabricación.
Autores: J.A. Canteli, J.L. Cantero, M.H. Miguélez, A. Muñoz, X. Soldani
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TEMA 7: Diseño Orientado a la Fabricación (DOF)
INTRODUCCIÓN
CONCEPTO D.O.F.
Desarrollar todas las fases del diseño teniendo en cuenta la
fabricación de la pieza
OBJETIVOS:
•
Fabricar mediante procesos existentes
•
Disminuir número de piezas y aumentar estandarización de las mismas
•
Realizar montaje de forma automatizada
•
Evitar fases de rediseño del producto
VENTAJAS:
•
Reducción de costes y tiempos
•
Transición diseño-fabricación suave y rápida
•
Aumento de calidad
•
Eliminación de problemas de fabricación: mejora de productividad y diversificación de
productos
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TEMA 7: Diseño Orientado a la Fabricación (DOF)
INTRODUCCIÓN
VULNERABILIDAD DE UN PRODUCTO A LA COMPETENCIA:
Analizar hasta que punto el producto puede ser diseñado para conseguir:
•La misma función a un coste menor
•Mejor calidad
RELACIÓN CON D.O.F.
•Mejor respuesta a las necesidades del consumidor
•Rápida mejora del producto
PROBLEMAS SI NO SE CONSIDERA CONCEPTO D.O.F:
•Tiempo elevado de fabricación (disposición de nuevos sistemas productivos)
•Necesidad de equipamiento especial (coste y tiempo de adquisición)
•Menor calidad (número de componentes, distintos proveedores, montaje manual)
•Desviación de la compañía de una trayectoria de mejora (automatización, just in time,
fabricación flexible, CIM)
Fase de diseño
8% invertido
80% del coste determinado
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TEMA 7: Diseño Orientado a la Fabricación (DOF)
ASPECTOS A CONSIDERAR EN UN PROCESO DE DISEÑO
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
TRADICIONALES
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
SOCIALES
•Función
•Factor humano (evitar errores/accidentes)
•Coste
•Apariencia y estilo
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
ORIENTADAS A LA FABRICACIÓN
• Dificultad para fabricación y montaje,
estandarización...
•Calidad (nº de partes, imposibilidad de
montaje incorrecto...)
•Facilidad de montaje
CONSIDERACIONES DE DISEÑO EN
RELACIÓN AL MARKETING
•Necesidades del consumidor
•Línea de productos (subpartes comunes)
•Tiempo hasta mercado
•Diseños futuros
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
•Posibilidad de ensayos (coste elevado en
MEDIOAMBIENTALES
productos complejos)
•Contaminación debida al producto
•Sencillez de servicio y reparación (evita
reparación en fábrica)
•Contaminación durante fabricación
•Empaquetado
•Producto reciclable
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TEMA 7: Diseño Orientado a la Fabricación (DOF)
ETAPAS DE DISEÑO Y PRODUCCIÓN. COSTES
COSTE DE LOS CAMBIOS
Durante el diseño
Durante evaluación del diseño
x10
Durante planificación de la producción
Durante producción de prueba
Durante producción final
COMPRENSIÓN DEL
PROCESO DE FABRICACIÓN
•EXPERIENCIA EN FÁBRICA:
antes de experiencia en diseño
•RELACIÓN CON FÁBRICA:
coordinación entre dpto. fabricación y diseño
•APRENDIZAJE DE TÉCNICAS DE FABRICACIÓN:
mecanizado, deformación plástica...
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TEMA 7: Diseño Orientado a la Fabricación (DOF)
ORGANIZACIÓN DE PROCESOS D.O.F
ORGANIZACIÓN DE PROGRAMA
DE DISEÑO ORIENTADO A LA
FABRICACIÓN
FUENTES DE INFORMACIÓN
•OBJETIVOS (mejora de coste y tiempo, automatización)
•APOYO DIRECTIVO (imprescindible)
•DESIGNACIÓN DEL RESPONSABLE
•ELECCIÓN DE PARTICIPANTES (multidisciplinar)
•PERSONAL
•PROBLEMAS EN DPTO. PRODUCCIÓN
•ESTUDIOS DE CALIDAD
•RESPUESTA DEL CONSUMIDOR
•FABRICANTES DE MAQUINARIA
•OTRAS FUENTES
ESTRUCTURA DE INFORMACIÓN
•CATEGORÍAS (reglas o guías)
•DOCUMENTAR (valores concretos)
CUESTIONARIOS DE CONTROL
•PREPARACIÓN
•ENTRENAMIENTO
•USO
MARKETING
I+D
INGENIERÍA
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FABRICACIÓN
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TEMA 7: Diseño Orientado a la Fabricación (DOF)
PROCESO DE DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UN PRODUCTO
Definición de producto
Diseño conceptual.
Evaluación de viabilidad
Diseño detallado
Prototipos.
Prueba y evaluación
CAD
(Diseño Asistido
por Ordenador)
Diseño para producción
Especificación de materiales,
selección de equipos,
revisión de seguridad
CAM/CAPP
(Manufactura y planificación
de la producción asistidos
por Ordenador)
Producción piloto
Producción
CIM
(Fabricación integrada)
Control y aseguramiento
de calidad
Embalaje y venta
PRODUCTO
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TEMA 7: Diseño Orientado a la Fabricación (DOF)
INGENIERÍA CONCURRENTE
Comprender al consumidor final
Desarrollo de producto mediante equipos multidisciplinares
Procesos de diseño integrados
Involucrar a proveedores y subcontratistas
Modelos digitales de producto
Herramientas CAD/CAM
Herramientas de simulación de fabricación y comportamiento del producto
Técnicas asociadas a calidad
Ambiente de trabajo eficiente
Mejorar el proceso de diseño continuamente
Tecnología
PRINCIPIOS, TÉCNICAS Y
HERRAMIENTAS:
•Diseño para manufactura y montaje
•Diseño para calidad
•Diseño para ciclo de vida
INGENIERÍA
CONCURRENTE
Mejora del proceso
continua
•Diseño para coste
Organización y
equipos
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TEMA 7: Diseño Orientado a la Fabricación (DOF)
INGENIERÍA CONCURRENTE
DISEÑO Y TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN
Elección del proceso de fabricación depende de:
1.
Características y propiedades del material
2.
Forma y tamaño de la pieza
3.
Tolerancias y requerimientos de acabado
4.
Exigencias de servicio y duración del componente
5.
Volumen de producción
6.
Nivel de automatización necesario para alcanzar los volúmenes de producción
7.
Costes involucrados individualmente por el producto y en el conjunto de la
fabricación
Diferentes procesos constructivos, según sea la tecnología empleada
a.
b.
c.
MECANIZADO
DEFORMACIÓN PLÁSTICA
MOLDEO
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TEMA 7: Diseño Orientado a la Fabricación (DOF)
INGENIERÍA CONCURRENTE
EJEMPLO: DISEÑO ORIENTADO AL MONTAJE AUTOMÁTICO
Incorrecto
Correcto
Incorrecto
Correcto
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TEMA 7: Diseño Orientado a la Fabricación (DOF)
INGENIERÍA CONCURRENTE
EJEMPLO: DISEÑO ORIENTADO AL MONTAJE AUTOMÁTICO
Incorrecto
Correcto
Incorrecto
Correcto
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TEMA 7: Diseño Orientado a la Fabricación (DOF)
RECOMENDACIONES DE DISEÑO
CONFORMADO POR ARRANQUE DE MATERIAL (I):
Piezas que requieren elevadas precisiones (elementos que acoplan, desplazamiento relativo, etc.).
Recomendaciones de diseño:
Evitar o reducir tolerancias que requieran operaciones
de mecanizado (obtener precisión suficiente con procesos
de moldeo, deformación plástica, etc.).
Intentar sustituir piezas mecanizadas por piezas obtenidas
por def. plástica. Ver figura.
Fundición
mecanizado
Diseño de piezas rígidas y con geometrías adecuadas
para su fijación en la máquina.
Evitar materiales endurecidos o en general
de baja maquinabilidad.
Evitar la necesidad de voltear la pieza (1 fase).
Estampación
En caso de emplear máquinas herramienta manuales evitar operaciones de mecanizado en
direcciones no paralelas a los ejes de la máquina.
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RECOMENDACIONES DE DISEÑO
CONFORMADO POR ARRANQUE DE MATERIAL (II):
Recomendaciones de diseño:
Diseño de piezas suficientemente rígidas para soportar las fuerzas de mecanizado
sin deformaciones (de la pieza y hta.). Ver figura.
Diseñar las piezas considerando la geometría de herramientas normalizada. Ver
figura.
Fresa
Anchura
24
especial
16Anchura
normalizada
Ángulo especial
Ángulo broca
normalizada
Pieza
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RECOMENDACIONES DE DISEÑO
CONFORMADO DE CHAPA METÁLICA (I):
Recomendaciones de diseño:
Diseño de las piezas que permita útiles con mínimo gasto de material: geometrías
“anidadas”, utilización del sobrante del fleje para obtener otras piezas de un
conjunto, etc.. Ver figuras.
Diseño 1:
Dos formatos de chapa
Longitud de chapa requerida A+ B
42,41
B
57,31
A
56,57
84,78
Longitud de chapa requerida
56,99
A
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Diseño 2: Mejora:
Único formato de chapa
Longitud de chapa requerida A
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RECOMENDACIONES DE DISEÑO
CONFORMADO DE CHAPA METÁLICA (II):
Diseño de agujeros punzonados:
Diámetro agujero /Espesor de la chapa (con útiles convencionales). Ver figura.
Separación entre bordes de agujeros / 2 veces el espesor de la chapa. Ver figura.
Separación entre bordes de agujeros y borde de la chapa /1,5 ~ 2 veces el espesor.
Separar suficientemente zonas deformadas posteriormente al punzonado (distorsión).
Menor
que T
Menor 3,43
que 2T
Incorrecto
1T o
mayor
4,07
2T o
mayor
2,744
Menor
que T
3
8
Espesor de chapa T
Correcto
5,18
1T o
mayor
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RECOMENDACIONES DE DISEÑO
CONFORMADO DE CHAPA METÁLICA (III):
•
•
•
Evitar aristas vivas en la pieza (internas y externas). Radio mínimo > Espesor / 2.
Ver figura.
Evitar secciones excesivamente estrechas y largas (ancho > 1,5*espesor).
Diseñar geometrías que puedan conformarse con útiles de plegado estándar
(menores costes): ángulo de plegado preferible = 90º; relación anchura / altura /2.
Incorrecto
Punzón
60
W
Pieza
Correcto
30
H
2,45
Esquinas
Espesor de
chapa T
Mínimo W =2H
Matriz
Radio = mín. 1,5 veces el espesor
4
4
Espesor de chapa T
3,27
<1,5 T
Incorrecto
Correcto
6 ,44
>1,5 T
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RECOMENDACIONES DE DISEÑO
PROCESOS DE MOLDEO EN ARENA (I):
Recomendaciones de diseño:
•
Contracciones del material durante el enfriamiento y solidificación: reducción de dimensiones,
tensiones residuales y distorsiones (enfriamiento no uniforme).
•
Línea de partición: división entre las dos partes del molde. Situarla en un mismo plano.
•
Desmoldeo: diseñar modelo fácilmente extraíble del molde de arena (ángulo desmoldeo).
•
Llenado incompleto del molde (rechupes) debido a la contracción del metal. Incluir rebosaderos.
Evitar zonas excesivamente gruesas.
Incorrecto
Incorrecto
Correcto
Correcto
Importancia del ángulo de desmoldeo
Rechupes
Fuente: Manufacturing, Engineering & Technology, Fifth Edition, by Serope Kalpakjian and Steven R. Schmid. ISBN 0-13-148965-8. © 2006 Pearson Education, Inc.
Asignatura: Sistemas de Producción y Fabricación.
Autores: J.A. Canteli, J.L. Cantero, M.H. Miguélez, A. Muñoz, X. Soldani
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TEMA 7: Diseño Orientado a la Fabricación (DOF)
RECOMENDACIONES DE DISEÑO
PROCESOS MOLDEO CON MOLDE METÁLICO (I):
Recomendaciones de diseño:
•
Paredes de las piezas de espesor uniforme.
•
Espesor mínimo paredes (moldeo por gravedad: 3 a 5mm; por inyección: menores).
•
Geometrías no intrincadas (a veces se emplean machos de arena, molde
semipermanente).
•
Agujeros preferiblemente en dirección de apertura (si no, empleo de correderas). Ver
figuras.
Línea de separación
Evitar está localización.
Requiere un macho separado
Profundidad del agujero < 6 veces el diámetro
Mínimo tamaño del agujero
6-9mm
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TEMA 7: Diseño Orientado a la Fabricación (DOF)
RECOMENDACIONES DE DISEÑO
PROCESOS MOLDEO CON MOLDE METÁLICO (II):
Recomendaciones de diseño:
•
Ángulo de desmoldeo (mayor en superficies interiores: 2 a 5º que exteriores: 1 a 3º).
•
Evitar aristas vivas (facilitar llenado del molde, reducir tensiones residuales, etc.).
•
Creces para mecanizado (entre 0,8 y 1,5mm). Ver tabla.
2-5º
Radio interior 1T
Radio exterior 3T
Evitar esquinas
Espesor
T
1-3º
Incorrecto
Tamaño pieza
<250mm
>250mm
Creces mínimas (mm)
0,8
1,2
Creces recomendables (mm)
1,2
1,5
Correcto
Tamaño pieza
<25mm
Toler. adicional (>25mm)
Dimensiones en una mitad del molde
0,4 mm
0,1/100 mm
Dimensiones a través línea partición
0,5 mm
0,2/100 mm
Acabado superficial
Asignatura: Sistemas de Producción y Fabricación.
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entre 3,8 y 13 (µm)
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